[논문 리뷰] Looking into the faintEst WIth MUSE (LEWIS): on the nature of ultra-diffuse galaxies in the Hydra-I cluster.I. Project description and preliminary results

E. Iodice, M. Hilker외 24명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 22.

Astronomy and Astrophysical ResearchPhysics and Astronomy인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 MUSE를 사용하여 헤이드라 I 은하단에 있는 30개의 초저면적 밀도 은하(UDG)에 대한 첫 번째 균일한 통합장 스펙트로스코픽 조사인 LEWIS 조사 결과를 제시한다. UDG11에 대해는 낮은 속도 분산(σ = 20 ± 8 km/s), 오래된 연령(10 ± 1 Gyr), 금속 빈도가 낮은 별성분([M/H] = −1.17 ± 0.11 dex), 그리고 높은 동역학적 질량-광도 비율(M/L_V ≈ 14)을 확인하였으며, 이는 고전적 난쟁이 은하와 일치하는 암흑물질 주도의 허브를 시사한다. 이는 은하단 유입 과정 중 외부적 억제에 의해 발생했을 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Looking into the faintEst WIth MUSE (LEWIS) is an ESO large observing programme aimed at obtaining the first homogeneous integral-field spectroscopic survey of 30 extremely low-surface brightness (LSB) galaxies in the Hydra I cluster of galaxies, with MUSE at ESO-VLT. The majority of LSB galaxies in the sample (22 in total) are ultra-diffuse galaxies (UDGs). The distribution of systemic velocities Vsys ranges between 2317 km/s and 5198 km/s and is centred on the mean velocity of Hydra I (Vsys = 3683 $\pm$ 46 km/s). Considering the mean velocity and the velocity dispersion of the cluster, 17 out of 20 targets are confirmed cluster members. To assess the quality of the data and demonstrate the feasibility of the science goals, we report the preliminary results obtained for one of the sample galaxies, UDG11. For this target, we derived the stellar kinematics, including the 2-dimensional maps of line-of-sight velocity and velocity dispersion, constrained age and metallicity, and studied the globular cluster (GC) population hosted by the UDG. Results are compared with the available measurements for UDGs and dwarf galaxies in literature. By fitting the stacked spectrum inside one effective radius, we find that UDG11 has a velocity dispersion $σ= 20 \pm 8$ km/s, it is old ($10\pm1$ Gyr), metal-poor ([M/H]=-1.17$\pm$0.11 dex) and has a total dynamical mass-to-light ratio M$/L_V\sim 14$, comparable to those observed for classical dwarf galaxies. The spatially resolved stellar kinematics maps suggest that UDG11 does not show a significant velocity gradient along either major or minor photometric axes. We find two GCs kinematically associated with UDG11. The estimated total number of GCs in UDG11, corrected for the spectroscopic completeness limit, is $N_{GC}= 5.9^{+2.2}_ {-1.8}$, which corresponds to a GC specific frequency of $S_N = 8.4^{+3.2}_{-2.7}$.

연구 동기 및 목표

• MUSE를 사용하여 은하단 내 초저면적 밀도 은하(UDG)에 대한 첫 번째 균일한 통합장 스펙트로스코픽 조사를 수행하기 위해.
• 헤이드라 I 은하단의 UDG의 운동학, 별성분, 그리고 궤도집단(GC) 성질을 규명하기 위해.
• UDG가 내부 과정으로 형성되는지 아니면 환경적 억제에 의해 형성되는지 비교 분석을 통해 동역학적 및 구조적 성질을 고전적 난쟁이 은하와 비교하기 위해.
• 역학적으로 활성적인 은하단 환경에서 거의 완전한 표본을 다루어 UDG 형성 메커니즘의 기준을 설정하기 위해.

제안 방법

• 헤이드라 I 은하단 내 30개 저면적 밀도 은하에 대해 ESO의 Very Large Telescope(VLT)에서 MUSE를 사용하여 깊고 고스펙트럼 해상도의 통합장 스펙트로스코피를 확보하였다.
• MUSE 데이터 큐브의 감도 조정 및 보정을 위해 MUSE Python Data Analysis Framework(MPDAF)와 표준 파ip라인을 사용하였다.
• 신호 대 잡음비 ≥10인 조건에서 Voronoi 분할을 이용해 별성 운동학을 유도하여 시선 방향 속도 및 속도 분산의 2차원 맵을 생성하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅 및 별성분 합성 모델링을 통해 한 효과 반경 내에서의 스택된 스펙트럼에서 연령, 금속 농도, 질량-광도 비율을 추정하였다.
• 반경 속도 측정 및 스펙트럼 탐지 한계를 고려한 완전성 보정을 통해 궤도집단(GC)을 식별하고 운동학적 연관성을 확인하였다.
• 유도된 동역학적 질량 및 질량-광도 비율을 고전적 난쟁이 은하 및 문헌에 기록된 다른 UDG와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UDG11의 내재된 운동학적 구조는 그의 2차원 별성 속도 및 속도 분산 맵를 통해 어떻게 드러나는가?
• RQ2 UDG11의 연령, 금속 농도, 질량-광도 비율은 무엇이며, 고전적 난쟁이 은하와 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 UDG11은 몇 개의 궤도집단을 보유하고 있으며, 그 특정 주파수는 어떤 의미를 지니며, 형성 역사를 어떻게 시사하는가?
• RQ4 UDG11은 은하단의 구성원인가? 그의 반경 속도 분포는 그의 동역학적 상태와 환경적 역사를 어떻게 시사하는가?
• RQ5 UDG11의 동역학적 성질과 별성분 성질은 초저면적 밀도 은하의 형성 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?

주요 결과

• 한 효과 반경 내에서 스택된 스펙트럼으로 측정된 UDG11의 속도 분산은 σ = 20 ± 8 km/s이며, 이는 동역학적으로 차가운 시스템임을 일관되게 시사한다.
• UDG11은 약 10 ± 1 Gyr의 오래된 연령을 가지며, 금속 농도가 낮아 [M/H] = −1.17 ± 0.11 dex로 평가된다.
• 한 효과 반경 내에서의 총 동역학적 질량-광도 비율은 M/L_V ≈ 14 M⊙/L⊙로, 고전적 난쟁이 은하와 유사하다.
• 공간적으로 분해된 운동학은 주광학축 또는 보조광학축을 따라 유의미한 속도 기울기가 없으며, 평균 속도 분산 ⟨σ⟩_e = 27 ± 8 km/s이다.
• 두 개의 궤도집단이 UDG11과 운동학적으로 연관되어 있으며, 완전성 보정을 거친 후 총 GC 수는 N_GC = 5.9+2.2−1.8로 추정되며, 이에 따라 특정 주파수 S_N = 8.4+3.2−2.7을 산출한다.
• MUSE 큐브에서 발광선이 관측되지 않아 UDG11이 이온화 기체를 보유하지 않으며, 억제된 상태임을 지지한다. 이 성질들은 은하단 유입 과정 중 외부적 억제에 의해 억제되었을 가능성을 시사한다.